[理知논술/교과서로 논술 잡기]과학영역

《‘교과서에 나오는 심화학습 문제에 통합교과형 논술 대비책이 숨어 있다.’ 서울대 등 주요 대학과 논술 전문가들의 한결같은 주장이다. 교과서를 통해 논술의 기초를 충분히 다질 수 있다는 것이다. 고교 교과서의 핵심 내용을 논술 준비 강의로 진행하는 새 연재를 시작한다. 한 주는 사회와 과학, 한 주는 언어와 수리를 싣는다.》

외호흡 - 내호흡 - 세포호흡

개념차이를 정확히 알아야

■ 지문과 문제

주제 1. 물질대사 호흡과 숨쉬기의 차이

<교과서 본문 1> 생명-9. 물질대사편(고1 공통과학 교과서)

생물은 유기물을 분해하여 생활에 필요한 에너지를 얻는다. 즉 식물은 광합성으로 만들어진 유기물을 분해하여 에너지를 얻고, 동물은 식물이나 다른 동물을 통해 섭취한 유기물을 분해하여 에너지를 얻는다. 이러한 과정은 세포 내에서 일어나므로 세포호흡이라고 한다. 또한 호흡과정에서 산소가 사용되므로 산소호흡(유기호흡)이라고 한다. 호흡과정은 다음과 같이 나타낼 수 있다. C6H₁₂O6+6O₂+6H₂O+6CO₂+12H₂O+에너지

<보충 설명>

생물이 살아있다는 것은 각 기관이 정상 작동하고 있다는 의미이고, 기관을 정상 작동하기 위해서는 에너지가 필요하다. 독립영양생물이라고 부르는 생물들은 모두 광합성을 통해 태양에너지를 이용하여 유기물을 합성하고 이 유기물을 분해하면서 나오는 에너지를 이용해 생존해 가고, 종속영양생물이라고 부르는 생물 즉 동물은 섭취한 유기물을 분해하여 만들어지는 에너지를 이용하여 살아간다. 이렇듯 유기물을 분해하여 에너지를 합성하는 과정을 호흡 특히 그중에서 세포호흡이라고 하며, 호흡을 하지 못하면 생물들은 생존할 수 없게 되므로 모든 살아있는 생물은 계속 호흡을 한다.

<교과서 본문 2>

호흡(생물Ⅰ 교과서)

호흡운동으로 폐 속으로 공기가 들어오면 기체 분자가 분압이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는 확산현상에 의해 산소는 폐포를 둘러싸고 있는 모세혈관 쪽으로 이동하고 반대로 이산화탄소는 모세혈관에서 폐포 쪽으로 이동하는 기체 교환이 일어난다. 이와 같이 호흡기관인 폐와 모세혈관 사이에서 기체가 교환되는 것을 외호흡이라고 하고 조직세포와 모세혈관 사이에서 기체가 교환되는 것을 내호흡이라고 한다.

<보충 설명>

호흡운동을 통해 폐로 공기가 유입되면 폐포를 지나는 혈관과 폐포의 기체 분압의 차이에 의해 기체가 교환된다. 분압이란 부분압력의 줄임말로 각 성분 기체의 압력 차이를 말한다. 기체는 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 확산되는 성질이 있기 때문에 산소는 폐포에서 모세혈관으로, 이산화탄소는 모세혈관에서 폐포로 이동하게 된다. 특히 폐포에 있는 공기는 아직 몸 바깥쪽이기 때문에 폐포와 모세혈관 사이의 기체교환을 외호흡 몸 안쪽인 조직세포와 모세혈관 사이의 기체 교환을 내호흡이라고 한다.

<문제>

위의 내용은 모두 호흡에 대한 설명이다. 그러나 두 글에 사용된 호흡의 개념은 차이가 있다. 각 글에서 언급된 두 가지 호흡에 대해 설명하고 이들의 관계를 설명하시오.

사진은 마라톤 경기 중인 선수와 이를 취재하는 자동차의 모습이다. 자동차가 달릴 때와 운동선수가 달릴 때 필요한 에너지는 각각 어떤 과정을 통해서 발생하는지 비교하여 설명해 보자.(고1 공통과학 교과서 9-03 생물은 에너지를 어떻게 얻을까?)

<설명>

교과서에서 다뤄지는 대표적인 통합논술 관련 질문으로 생물의 호흡과 물리편의 에너지전환에 대한 통합 과학적 내용이다. 자동차가 달리는 것은 엔진에서 만들어진 역학적 에너지를 이용하여 바퀴가 굴러가는 것이다. 화학적 에너지인 화석연료를 연소시켜 생긴 열에너지를 역학적 에너지로 전환시키는 열기관에 의해 자동차가 움직이게 된다. 이와 비교해서 경기 중인 사람이 달리는 과정은 운동선수가 식사로 섭취한 양분을 호흡과정을 통해 분해하여 생기는 ATP 에너지를 이용하여 근육을 움직이는 것이다. 즉, 전체적인 문제에서 물어보는 내용은 호흡과 연소의 차이점과 유사성을 구분하여 설명하라는 것이다.

■ 꼭 알아두기

고등학교 교과과정에서 사용하는 호흡이라는 용어는 크게 두 가지의 의미를 가지고 있다. 하나는 물질대사 중 대표적인 이화작용으로서의 호흡이며 나머지는 생물체의 기본적 생존을 위해 이루어지는 기체 교환을 의미하는 호흡이다. 똑같은 단어를 사용하지만 그 의미는 전혀 다른 것이다. 그러므로 학생들은 이들 두 단어의 정확한 의미를 구분해서 알아야 한다. 특히 생물과 무생물의 가장 중요한 판별 기준으로 이용되는 물질대사의 과정은 생물의 생존을 결정하기 때문에 반드시 정리해 두어야 한다. 또한 우리가 흔히 숨쉰다고 표현하는 것이 어떤 과정을 표현하는 것인지 확인할 필요성이 있다.

생물이 근육을 움직이고 각 세포가 기능을 하기 위해서는 반드시 에너지가 필요하다. 특히 세포가 사용하는 에너지의 형태는 ATP로, 에너지가 공급되지 않는 경우 세포는 모든 기능을 정지하고 죽게 된다. ATP를 만들기 위해서는 포도당과 산소가 필요하다. 섭취된 양분이 소화 과정을 통해 잘게 쪼개지면 흡수되어 혈액을 통해 각 세포로 공급된다. 공급된 포도당은 산화과정을 통해 열에너지와 ATP로 전환되는데 열은 체온의 형태로 방출되고 ATP 에너지를 이용하여 생존하게 된다. 생물체에서 ATP 에너지가 만들어지는 과정을 호흡 혹은 세포 호흡이라고 부른다. 특히 산소를 소모하기 때문에 유기호흡이라고 하며 산소를 소모하지 않는 경우 무기호흡이라 한다. 갑작스러운 과잉 운동 이후 근육에 통증이 오는 것은 산소가 모자란 근육이 ATP를 만들기 위해 무기호흡을 진행하고 이 과정에서 합성된 피로물질인 젖산 때문에 나타나는 현상이다.

포도당을 산화시키기 위해서는 반드시 산소가 필요하다. 식물은 광합성 과정을 통해 이산화탄소를 소모하고 산소를 생산할 수 있지만 우리 인간이 포함된 동물의 경우에는 산소를 생산할 수 없고 이산화탄소를 배출시켜야 하기 때문에 외부와 기체를 교환하여야 한다. 이 과정에서 공기가 들어오는 것을 흡기(吸氣), 공기가 체외로 방출되는 것을 호기(呼氣)라고 하며 이런 전체 과정을 호흡(呼吸), 즉 숨쉬기라고 한다. 폐는 근육이 없기 때문에 스스로 수축 이완 작용을 할 수는 없고 이 때문에 흉강의 부피를 변화시켜 폐와 대기의 압력 차이에 의해 기체가 확산 이동되는 방식으로 기체가 교환된다. 폐에서 일어나는 외호흡과 조직세포에서 일어나는 내호흡 모두 확산에 의해 기체가 이동하므로 기체는 양쪽 부분의 분압이 같아질 때까지만 이동하게 된다. 이런 이유로 호기, 즉 날숨 속엔 이산화탄소가 포함되어 있지만 산소도 포함되어 있다.

기체 교환 개념에서의 호흡은 에너지를 만들어 내는 과정인 세포호흡에서 꼭 필요한 산소를 공급해 주는 과정으로 우리 몸에서 호흡 반응의 순서는 외호흡 내호흡 세포호흡 순으로 진행된다. 그러므로 만일 외호흡과 내호흡이 진행되지 않으면 조직세포에 산소가 공급되지 못하고 그 결과 조직세포는 세포호흡을 하지 못해 결국 세포가 죽게 된다.

우리가 흔히 숨을 쉰다고 말하는 것은 외호흡, 내호흡, 세포호흡과는 무관하게 공기를 폐포로, 또 폐포의 공기를 외부로 방출시키는 과정으로 호흡운동으로 표현하는 것이 맞다. 이 과정은 근육이 없는 폐가 횡격막과 늑간근(肋間筋)의 수축 이완 작용으로 생기는 폐와 흉강의 압력 변화에 의해 기체가 드나드는 호흡운동을 표현하는 것이다.

■ 문제해결 팁

교과과정의 단어에 대한 질문으로, 동일하게 사용되지만 의미가 다른 내용을 알고 있는지 묻는 것이다. 일단 교과서 본문에 충분한 자료가 주어져 있기 때문에 이를 자세하게 읽는 것만으로도 답을 쓸 수 있다. 이 문제의 경우 답을 찾는 것보다는 오답을 피하는 내용으로 접근해야 한다. 막연히 ‘호흡과 숨쉬기가 같다’라는 생각으로 문제에 접근하거나 고등학교 1학년 교과과정에서 배운 호흡과 연소의 차이점을 언급하는 것, 그리고 물질대사의 이화작용으로 생각하고 동화작용인 광합성과 비교해서 접근하는 오류는 피해야 한다. 특히 문제의 마지막 부분에서 이들의 관계에 대해 언급하라는 부분을 빼고 답안을 작성하는 경우 완벽한 답변이 될 수 없다는 점을 꼭 생각해야 한다.

김수중 청솔 아우름 통합논술강사

글 싣는 순서(과학)
번호	주제	분류
1	물질대사	생물
2	소음	물리
3	전해질과 이온	화학
4	지각변동	지학
5	순환과 배설	생물
6	힘과 운동	물리
7	산과 염기의 반응	화학
8	날씨의 변화	지학
9	인체와 건강	생물
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11	반응속도	화학
12	해양의 성질	지학
13	자극과 반응	생물
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18	파동과 입자	물리
19	금속의 부식	화학
20	우주	지학
21	생태계와 환경오염	생물
22	에너지의 사용	물리
23	우리주변의 화합물	화학
24	지구환경의 변화	지학